KR100784056B1 - Radio frequency accumulated module of one chip type - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 RF통신모듈을 이루는 각 구성부가 기판 상에 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 상면도.1 is a top view illustrating a form in which each component constituting a general RF communication module is mounted on a substrate by way of example.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈의 구성요소를 개략적으로 도시한 회로도.2 is a circuit diagram schematically showing the components of a one-chip RF integrated module according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈을 이루는 제1기판층의 형태를 개략적으로 도시한 상면도.Figure 3 is a top view schematically showing the shape of the first substrate layer constituting the one-chip RF integrated module according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈을 이루는 제2기판층의 형태를 개략적으로 도시한 상면도.Figure 4 is a top view schematically showing the shape of a second substrate layer constituting a one-chip RF integrated module according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈을 이루는 제3기판층의 형태를 개략적으로 도시한 상면도.5 is a top view schematically showing the shape of a third substrate layer constituting a one-chip RF integrated module according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈을 이루는 제4기판층의 형태를 개략적으로 도시한 상면도.Figure 6 is a top view schematically showing the shape of a fourth substrate layer constituting a one-chip RF integrated module according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈이 다른 기판 상에 플립칩 본딩되는 형태를 예시적으로 도시한 사시도.7 is a perspective view illustrating a form in which a one-chip RF integrated module according to an embodiment of the present invention is flip chip bonded on another substrate.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
100: 윈칩형 RF집적모듈 110: RF처리모듈100: Winchip RF integrated module 110: RF processing module
111 ~ 113: 제1듀플렉서 ~ 제3듀플렉서111-113: 1st duplexer-3rd duplexer
114, 116, 118: 제1Rx필터 ~ 제3Rx필터114, 116, 118: 1st Rx filter-3rd Rx filter
115, 117, 119: 제1Tx필터 ~ 제3Tx필터115, 117, 119: 1st Tx filter-3rd Tx filter
120: 저잡음증폭모듈 121 ~ 123: 제1LNA ~ 제3LNA120: low
130: 전력증폭모듈 131 ~ 133: 제1PA ~ 제3PA 130:
140: 트랜시버모듈 150: 격리모듈140: transceiver module 150: isolation module
본 발명은 원칩형 RF집적모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a one-chip RF integrated module.
현재, 다수개의 주파수 대역을 처리하는 송수신단을 하나의 모듈로 집적화한 다중 대역 프론트앤드 복합모듈을 이용한 이동통신단말기가 널리 사용되고 있다.At present, a mobile communication terminal using a multi-band front-end composite module integrating a transmission / reception terminal processing a plurality of frequency bands into one module is widely used.
이러한 프론트앤드 복합모듈은 가령, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System; W-CDMA) 주파수 대역, PCS(Personal Communication Service) 주파수 대역, DCN(Data Core Network; CDMA-800) 주파수 대역과 같은 멀티 밴드 신호를 처리할 수 있는데, 상기 UMTS는 GSM 통신표준에 기반을 둔 통신 방식으로서, 육상 무선 통신 기술과 인공위성 전송 기술을 조합하여 광대역 패킷 기반의 텍스트, 디지털화된 음성이나 비디오 그리고 멀티미디어 데이터를 2 Mbps 이상의 고속으로 전송할 수 있다.The front-end composite module processes multi-band signals such as, for example, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) frequency band, Personal Communication Service (PCS) frequency band, and Data Core Network (CDMA-800) frequency band. The UMTS is a communication method based on the GSM communication standard, which combines terrestrial wireless communication technology and satellite transmission technology to transmit broadband packet-based text, digitized voice or video, and multimedia data at a high speed of 2 Mbps or more. Can be.
또한, 상기 DCN은 824 ~ 894MHz의 주파수 대역을 사용하고, 상기 PCS는 1750∼1910 MHz의 주파수 대역(한국형 PCS(K-PCS) 밴드는 1750MHz∼1780MHz의 송신대역과 1840MHz∼1870MHz의 수신대역을 포함하고, 미국형 PCS(US-PCS) 밴드는 1850MHz∼1910MHz의 송신대역과 1930MHz∼1990MHz의 수신대역을 포함함)을 사용한다.In addition, the DCN uses a frequency band of 824 ~ 894MHz, the PCS is a frequency band of 1750 ~ 1910 MHz (Korean PCS (K-PCS) band includes a transmission band of 1750MHz to 1780MHz and a reception band of 1840MHz to 1870MHz) The US PCS (US-PCS) band includes a transmission band of 1850 MHz to 1910 MHz and a reception band of 1930 MHz to 1990 MHz.
도 1은 일반적인 RF통신모듈을 이루는 각 구성부가 기판 상에 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.1 is a top view exemplarily illustrating a form in which each component constituting a general RF communication module is mounted on a substrate.
도 1에 도시된 것처럼, 일반적인 다중 대역 이동통신단말기의 RF 부분은 전력증폭단(PAM; Power Amplifier Module)(30), FEM(Front End Module)(10), 매칭회로단(Mathching Bank)(20), 트랜시버(Transceiver; Transmitter & Receiver)단(40)의 4개 블록으로 이루어지며 4개의 블록들은 개별 소자 형태로서 이동통신단말기 내부 기판에 각각 실장되는 구조(Discrete type)를 가진다.As shown in FIG. 1, the RF portion of a typical multi-band mobile communication terminal includes a power amplifier module (PAM) 30, a
상기 FEM(10)은 안테나와 연결되어 다중 대역의 주파수신호를 송수신하고 각 대역별로 송신 신호 및 수신 신호를 분리하여 전달하는 기능을 수행한다.The FEM 10 is connected to an antenna and transmits and receives a multi-band frequency signal and separates and transmits a transmission signal and a reception signal for each band.
상기 전력증폭단(30)은 트랜시버단(40)에서 처리된 송신 신호를 증폭시켜 FEM(10)으로 전달하고, 매칭회로단(20)은 트랜시버단(40)과 FEM(10), 그리고 전력증폭단(30)과 FEM(10) 사이의 임피던스를 정합시키는 기능을 수행한다.The
상기 트랜시버단(40)은 믹서, 위상동기회로, 발진회로, 변/복조회로 등을 구비하여 RF신호를 베이스밴드신호 또는 베이스밴드신호를 RF신호로 변환/처리하는데, 외부에 구비되는 베이스밴드칩과 연결되어 신호를 주고받는다.The
이와 같이 종래 RF부분을 이루는 4개의 블록(10, 20, 30, 40)은 각각 하나의 칩으로 제품화되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 상에 각각 실장되는 구조를 가지므로 배치 면적이 넓어지게 된다.As such, the four
가령, 상기 4개의 블록들(10, 20, 30, 40)은 기판 상에 실장되는 경우 십수 mm2 이상이 되는 영역을 차지하므로 이는 이동통신단말기 제품을 소형화하는데 제약이 된다.For example, the four
특히, 최근의 이동통신단말기 제품은 카메라 모듈, 블루투스와 같은 근거리 통신모듈, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 통신모듈 등 다른 모듈들도 구비하여 다기능화되는 추세이므로, 전술한 4개의 블록 구조는 자체의 배치 설계뿐만 아니라 다른 모듈들의 실장 구조에도 영향을 준다.In particular, the recent mobile communication terminal products are also equipped with other modules, such as a camera module, a short-range communication module such as Bluetooth, a Digital Multimedia Broadcasting (DMB) communication module, so that the four block structure described above has its own arrangement This affects not only the design but also the mounting structure of other modules.
보통, 일반적인 RF통신모듈은 다층 구조의 기판 상에 개별소자(10, 20, 30, 40)가 실장되는 구조를 가지며, 모듈의 소형화 추세에 맞추어 좁은 기판 면적에 다수개의 개별소자들이 실장되므로 소자 간 전파 간섭이 심하게 발생된다.In general, a general RF communication module has a structure in which
예를 들어, 전력 소모가 큰 전력증폭모듈과 저잡음증폭모듈의 경우 전파 간섭 현상이 가장 심하게 발생되며 이는 전체 RF통신모듈의 송수신 기능에 이상을 초래한다.For example, in the case of a power amplifier module and a low noise amplifier module that consumes a lot of power, radio wave interference occurs most severely, which causes an error in the transmission / reception function of the entire RF communication module.
또한, 다수개의 레이어를 이루는 기판층 간에도 전파 간섭 현상이 발생되므로 소자 사이에서 뿐만 아니라 전송 패턴, 라우팅 패턴, 본딩 패턴 등의 패턴 사이에서도 신호의 왜곡 현상이 발생될 수 있다.In addition, since radio wave interference occurs between the substrate layers constituting the plurality of layers, signal distortion may occur not only between devices but also between patterns such as transmission patterns, routing patterns, and bonding patterns.
이렇게 모듈 내부에서 신호가 전달되는 과정에서 왜곡되면, 정상적인 신호가 수신되더라도 베이스밴드단이나 디지털신호처리단에서 신호를 해석할 수 없게 되므 로 이동통신단말기의 송수신 품질이 저하되는 문제점이 있다.When the signal is distorted in the process of transmitting the signal inside the module, even if a normal signal is received, the baseband terminal or the digital signal processing terminal cannot interpret the signal, and thus there is a problem that the transmission and reception quality of the mobile communication terminal is degraded.
따라서, 다기능/소형화되는 이동통신단말기 제품을 개발하기 위해서는 RF 통신모듈의 구조적 개선이 필수적이라 할 수 있다.Therefore, in order to develop a multifunctional / miniaturized mobile communication terminal product, structural improvement of the RF communication module may be essential.
본 발명은 다중 대역 신호를 처리하는 RF통신모듈을 구성하는 RF처리모듈, 전력증폭모듈, 저잡음증폭모듈 및 트랜시버모듈 등의 회로소자를 단일 패키지 소자로 구현함으로써 이동통신단말기의 실장 면적을 최소화할 수 있는 원칩형 RF집적모듈을 제공한다.The present invention can minimize the mounting area of a mobile communication terminal by implementing circuit elements such as an RF processing module, a power amplification module, a low noise amplification module and a transceiver module that constitute an RF communication module for processing a multi-band signal as a single package element. It provides a one-chip RF integrated module.
또한, 본 발명은 다층 구조의 기판 상에 RF통신모듈을 집적함에 있어서, 하나의 층 또는 다른 층 간의 회로 소자 및 패턴 사이에 최적의 격리 수치를 확보하고, 송수신시 상호 영향을 최소화할 수 있는 배치 설계 구조 및 이에 따른 원칩형 RF집적모듈을 제공한다.In addition, the present invention in the integration of the RF communication module on a multi-layered substrate, the arrangement to ensure the optimal isolation between the circuit elements and patterns between one layer or another layer, and to minimize the mutual influence when transmitting and receiving It provides a design structure and a one-chip RF integrated module accordingly.
본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈은 다중 대역의 송수신신호를 처리하는 하나 이상의 RF처리모듈; 다중 대역의 송신신호를 증폭시키는 하나 이상의 전력증폭모듈; 다중 대역의 송수신신호를 베이스밴드신호 및 RF신호로 상호 변환하여 처리하는 하나 이상의 트랜시버모듈; 및 다중 대역의 수신신호를 저잡음증폭시키는 저잡음증폭모듈을 포함하여 단일 패키지 형태로 이루어지고, 상기 전력증폭모듈 및 상기 저잡음증폭모듈 사이의 전파간섭을 차단하는 격리모듈을 포함한다.One-chip RF integrated module according to the present invention comprises one or more RF processing module for processing a multi-band transmission and reception signal; One or more power amplifier modules for amplifying a multi-band transmission signal; At least one transceiver module for converting a multi-band transmit / receive signal into a baseband signal and an RF signal to be processed; And an isolation module configured to form a single package including a low noise amplifier module for low noise amplification of a multi-band received signal, and to block radio interference between the power amplifier module and the low noise amplifier module.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈의 상기 격리모듈은 핑거 스트 립(Finger strip)으로 구비된다.In addition, the isolation module of the one-chip RF integrated module according to the present invention is provided with a finger strip.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈은 상기 RF처리모듈, 상기 전력증폭모듈, 상기 트랜시버모듈, 상기 저잡음증폭모듈 및 상기 격리모듈이 실장되는 제1기판층; 그라운드 패턴, 전송로 패턴을 포함하는 패턴이 형성되는 제2기판층과 제3기판층; 및 그라운드 패턴 및 BGA(Ball Grid Array) 패턴이 형성되는 제4기판층을 포함하는 다층 구조의 기판 상에 구현된다.In addition, the one-chip RF integrated module according to the present invention includes a first substrate layer on which the RF processing module, the power amplifier module, the transceiver module, the low noise amplifier module and the isolation module are mounted; A second substrate layer and a third substrate layer on which a pattern including a ground pattern and a transmission path pattern is formed; And a fourth substrate layer having a ground pattern and a ball grid array (BGA) pattern formed thereon.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈에 구비되는 상기 제2기판층의 전송로 패턴 및 상기 제3기판층의 전송로 패턴은, 기판층을 수직하게 투영하였을 경우 대응되는 각 전송로 패턴이 평행하지 않게 형성된다.In addition, the transmission path pattern of the second substrate layer and the transmission path pattern of the third substrate layer included in the one-chip RF integrated module according to the present invention may have a corresponding transmission path pattern when the substrate layer is vertically projected. It is formed not parallel.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 RF집적모듈에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an RF integrated module according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)의 구성요소를 개략적으로 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram schematically showing the components of a one-chip RF integrated
도 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)은 크게 RF처리모듈(110), 전력증폭모듈(130), 저잡음증폭모듈(120) 및 트랜시버모듈(140)을 포함하여 이루어지는데, RF처리모듈(110)은 3개의 듀플렉서(111, 112, 113), 3개의 Rx필터(114, 116, 118), 3개의 Tx필터(115, 117, 119)를 포함하고, 저잡음증폭모듈(120)은 3개의 LNA(Low Noise Amplifier)(121, 122, 123)를 포함한다.2, the one-chip RF integrated
또한, 전력증폭모듈(130)은 3개의 PA(Power Amplifier)(131, 132, 133)를 포함하고, 트랜시버모듈(140)은 IF증폭단(141), 제1믹서(142), 복조부(143), 제 1PLL(Phase Locked Loop)(144), VCO(Voltage Controlled Oscillator)(145), 제2PLL(146), 제2믹서(147), 변조부(148) 및 전력검출회로(149)를 포함한다.In addition, the
상기 RF처리모듈(110), 전력증폭모듈(130), 저잡음증폭모듈(120) 및 트랜시버모듈(140)은 가령 MCPCB((Metal Core Printed Circuit Board)와 같은 다층구조의 기판 상에 구현되며, 탑층 레이어에 실장되고 비아홀을 통하여 내층 레이어와 전기적으로 연결될 수 있다.The
예를 들어, 다층구조 기판의 내층 레이어에는, RF집적모듈 회로에 존재하는 기생성분으로 인하여 정전기 방전 현상이 발생되는 것을 억제하는 ESD(Electro-Static Discharge)소자, TCXO(Temperature Compensated X-tal Oscillator)회로, 마이크로스트립 라인과 같은 분포 소자 등이 위치될 수 있으며, 탑층 레이어의 상기 RF처리모듈(110), 전력증폭모듈(130), 저잡음증폭모듈(120) 및 트랜시버모듈(140)은 층간 전기적 신호를 전달시키는 비아홀을 통하여 내층의 다른 전자소자들(이동통신단말기에는 다수의 전자소자들이 구비될 수 있으며 본 발명의 기술적 사상과 연관이 없는 전자소자에 대해서는 도시하지 않음)과 전기적으로 연결될 수 있다.For example, an electro-static discharge (ESD) device and a temper-compensated X-tal oscillator (TCXO), which suppress electrostatic discharge from occurring due to parasitic components present in an RF integrated module circuit, may be formed on an inner layer of a multilayer substrate. A circuit, a distribution element such as a microstrip line, and the like may be located, and the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF집적모듈(100)은 전술한 바와 같이 다층구조의 기판 상에 실장되어 원칩형으로 패키지 실장되며, 약 2.1GHz 대역의 주파수를 사용하는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System; W-CDMA), 약 1.9GHz 대역의 주파수를 사용하는 PCS(Personal Communication Service), 약 800MHz 대역의 주파수를 사용하는 DCN(Data Core Network; CDMA-800)의 트리플 밴드 주파수 신호를 처리하는 것으로 한다.In addition, the RF integrated
따라서, 상기 RF처리모듈(110), 전력증폭모듈(130), 저잡음증폭모듈(120) 및 트랜시버모듈(140)은 UMTS, PCS, DCN 주파수 대역 신호를 각각 처리하는 회로들로 구성된다.Therefore, the
본 발명의 실시예에 따른 RF집적모듈(100)의 다층 구조 기판에 대해서는 이하에서, 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The multilayer structure substrate of the RF integrated
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 이루는 구성부에 대하여 설명함에 있어서, 도 3을 참조하여 각 구성부가 탑층 레이어(제1기판층)에 실장되는 형태를 함께 설명하기로 한다.Referring to FIG. 2, the components forming the one-chip RF integrated
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 이루는 제1기판층(A)의 형태를 개략적으로 도시한 상면도이다.3 is a top view schematically illustrating the shape of the first substrate layer A constituting the one-chip RF integrated
도 3에 도시된 제1기판층(A)에 의하면, 기판층의 좌측단에 전력증폭모듈(130)이 실장되는데, 전력증폭모듈(130)이 두 영역으로 나뉘어 실장된 형태를 볼 수 있다.According to the first substrate layer A shown in FIG. 3, the
상기 전력증폭모듈(130)의 상측 실장 영역은 제1PA(131) 및 제2PA(132)가 실장된 영역으로서, 상기 제1PA(131)는 DCN신호를 처리하고, 제2PA(132)는 PCS신호를 처리한다.The upper mounting area of the
상기 전력증폭모듈(130)의 하측 실장 영역은 제3PA(133)가 실장된 영역으로서, 상기 제3PA(133)는 UMTS신호를 처리한다.The lower mounting area of the
그리고, 상기 전력증폭모듈(130)의 오른쪽, 즉 기판의 우측 상단에는 RF처리모듈(110)이 실장되고, 그 밑으로 트랜시버모듈(140)이 실장되며, 상기 전력증폭모 듈(130)의 밑의 영역에 저잡음증폭모듈(120)이 실장된다.In addition, an
즉, 상기 저잡음증폭모듈(120)은 전력증폭모듈(130)과 트랜시버모듈(140)의 하단 두 영역에 걸쳐 또는 어느 하나의 영역에 실장될 수 있다.That is, the low
상기 각 구성부간 격리도를 고려한 회로 배치 설계는 송수신 기능을 향상시키는데 있어서 매우 중요한 요소이며, 특히 전력 소모가 상대적으로 큰 저잡음증폭모듈(120)과 전력증폭모듈(130)의 격리가 가장 중요한 요인이 된다.The circuit arrangement design considering the isolation between the components is a very important factor in improving the transmission and reception function, and in particular, the isolation of the low
이러한 이유로, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈(100)은 상기 저잡음증폭모듈(120)과 전력증폭모듈(130) 사이에 격리모듈(150; 도 3 참조)을 구비하여 두 모듈 사이에서 발생되는 전파 간섭 현상을 억제하는데, 격리모듈(150)은 금속 재질의 격벽 구조물로서 비아홀을 통하여 내층의 그라운드 패턴과 접지된다.For this reason, the one-chip RF integrated
상기 격리모듈(150)은 여러 가지 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 핑거 스트립(Finger strip)으로 구현되는 것으로 한다.The
그리고, 도 3에 도시된 격리모듈(150)은 간섭 효과가 가장 크게 발생되는 실장 영역에 형성된 것으로 하였으나, RF집적모듈(100)의 기판 회로 중 간섭을 일으키는 어느 부분이든지 응용될 수 있음은 물론이다.In addition, although the
우선, RF처리모듈(110)에 대하여 설명한다.First, the
상기 듀플렉서(111, 112, 113)는 스위치(300)와 연결되어 각 주파수 대역의 송수신 신호를 분리시키는 기능을 수행하는데, 제1듀플렉서(111)는 DCN신호를 처리하고, 제2듀플렉서(112)는 PCS신호를 처리하며, 제3듀플렉서(113)는 UMTS신호를 처리한다.The
상기 듀플렉서(111, 112, 113)는 고성능수동소자(IPD)로 구성된 고대역필터(HPF: High Pass Filter)와 저대역필터(LPF: Low Pass Filter)로 이루어지고, 주파수 분할 다중화 방식을 적용하여 (여러 주파수 신호가 동시에 혼재된)전체 신호를 주파수 스펙트럼이 중첩되지 않는 두 개의 주파수 대역으로 분리한다.The
상기 듀플렉서(111, 112, 113) 및 안테나(200)와 연결되는 스위치(300)는 신호 경로를 선택적으로 개폐하여 DCN, PCS, UMTS의 주파수 대역 신호를 분리하는데, 디코더 회로, 스위칭 회로 및 다수개의 제어전압단을 포함한다.The
가령, 제어전압단을 통하여 제어 전압이 인가되면, 상기 디코더 회로는 인가된 제어 전압의 조합(논리 연산)을 통하여 신호 경로를 해석하고, 해석 결과를 스위칭 회로로 전달한다.For example, when a control voltage is applied through the control voltage terminal, the decoder circuit analyzes the signal path through a combination (logical operation) of the applied control voltages and transfers the analysis result to the switching circuit.
상기 저잡음증폭모듈(120)과 전력증폭모듈(130)은 듀플렉서(111, 112, 113)단과 필터(114 내지 119)단 사이에 연결되는데, 전술한 대로 저잡음증폭모듈(120)은 세 개의 대역 신호를 처리하는 세 개의 LNA(121, 122, 123)로 구성되고, 전력증폭모듈(130) 역시 세 개의 대역 신호를 처리하는 세 개의 PA(131, 132, 133)로 구성된다.The low
보통, RF 수신단에서 수신된 전파의 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨을 갖으므로 상기 LNA(121, 122, 123)는 수신 신호를 증폭시키는데, 수신 신호는 외부의 잡음을 포함하고 있으므로 잡음 성분을 최대한 억제하면서 수신 신호를 증폭하게 된다. 즉, 통신 시스템의 잡음 지수를 결정하는 중요한 부분은 시스템의 초반 블록의 잡음 지수값인데, 그 이유는 초반 블록이 잡음 지수 가 작고 이득이 큰 경우 전체 잡음 지수가 가장 크게 개선되기 때문이다. 따라서, 상기 LNA(121, 122, 123)는 잡음 지수(Noise Figure)가 작은 값을 갖도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 설계된다.Usually, the power of the radio wave received at the RF receiver has a very low power level due to the effects of attenuation and noise, so the
상기 전력증폭모듈(130)은 저주파/고주파 증폭소자들로 이루어지며, 세 개의 Tx필터(115, 117, 119)로부터 전달된 송신신호를 증폭하고 증폭된 신호를 듀플렉서(111, 112, 113)단으로 전달한다.The
예를 들어, 상기 증폭소자는 구동증폭소자, 전력증폭소자 등으로 구비될 수 있는데, 구동증폭소자는 송신신호의 이득(gain)을 조정시킴으로써 증폭 신호가 왜곡되어 여러 주파수가 집중된 채널신호의 대역폭에서 인터모듈레이션이 발생되는 것을 방지할 수 있다.For example, the amplifying device may be provided as a driving amplifier, a power amplifier, etc., the driving amplifier by adjusting the gain (gain) of the transmission signal in the bandwidth of the channel signal in which the amplified signal is distorted and concentrated several frequencies Intermodulation can be prevented from occurring.
또한, 전력증폭소자는 상기 구동증폭소자에서 이득조정된 신호의 전력을 증폭시키며, 각 주파수 대역별로 설정된 송출 레벨에 맞추어 신호를 증폭시킨다. 따라서 전력증폭소자는 대용량의 트랜지스터 혹은 병렬로 구성되는 다수의 트랜지스터를 포함하며 RF신호의 출력을 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)과 같은 통신 규격에 부합되는 범위에서 최대한으로 증폭시킨다.In addition, the power amplifier amplifies the power of the gain-adjusted signal in the drive amplifier, and amplifies the signal in accordance with the transmission level set for each frequency band. Therefore, the power amplifier includes a large-capacity transistor or a plurality of transistors configured in parallel, and amplifies the output of the RF signal to the maximum in a range that meets communication standards such as ACPR (Adjacent Channel Power Ratio).
상기 전력증폭모듈(130)과 연결되는 Rx필터(114, 116, 118)는 전달된 수신신호 중 원하는 주파수 대역의 신호만을 필터링하고, Tx필터(115, 117, 119)는 트랜시버모듈(140)로부터 전달된 송신신호를 필터링한다(상기 트랜시버모듈(140)은 디지털 상태인 송신신호를 아날로그 신호로 변환하는데, 이때 불요파 성분의 신호가 유입될 수 있다).The Rx filters 114, 116, and 118 connected to the
상기 Rx필터(114, 116, 118) 및 Tx필터(115, 117, 119)는 쏘우(SAW) 필터로 구비되며 인접 대역 신호와 잡음 성분의 신호를 차단하고 해당 주파수 대역의 신호만을 필터링한다.The Rx filters 114, 116, and 118 and the Tx filters 115, 117, and 119 are provided as a saw (SAW) filter and block signals of adjacent band signals and noise components and filter only signals of corresponding frequency bands.
쏘우 필터는 입력단의 압전 물체에 전기적 신호가 인가되면 이를 기계적 신호로 변환한 후 출력단에서 기계적 신호를 다시 전기적 신호로 변환 출력함으로써 설계시 설정된 특정 주파수 대역은 통과시키고 그외의 주파수 대역은 저지시키는 필터이다. 이러한 쏘우 필터는 출력 매칭 네트워크가 높은 임피던스 회로이므로 다른 주파수 대역을 차단하는 효과가 우수하고, 포토그라피 방식으로 제조되므로 소형 경박화가 가능한 장점이 있다.Saw filter is a filter that converts an electrical signal to a piezoelectric object at the input and converts it into a mechanical signal, and then converts the mechanical signal back to an electrical signal at the output and passes the specific frequency band set in the design, and blocks other frequency bands. . Since the saw filter has a high impedance circuit for output matching networks, it has an excellent effect of blocking other frequency bands, and is manufactured in a photographic method, thereby making it possible to miniaturize and thin.
이어서, 트랜시버모듈(140)에 대하여 설명한다.Next, the
상기 제1믹서(142)는 다중 밴드 대역의 RF수신신호를 중간주파신호로 믹싱하고, 상기 제2믹서(147)는 다중 밴드 대역의 중간주파신호를 RF송신신호로 믹싱한다.The
상기 VCO(145)는 제1믹서(142)와 제2믹서(147)로 기준주파수신호를 제공하며, 상기 기준주파수신호는 중간주파신호와 RF송신신호의 합성에 이용된다.The
그러나, 가령 온도와 같은 외부 환경의 변화 요인에 의하여 기준주파수신호가 미세하게 유동되어 불안정한 상태가 될 수 있으며, 이러한 경우 합성된 신호에 왜곡이 발생될 수 있다.However, a reference frequency signal may be minutely flowed to become unstable due to a change factor of an external environment such as temperature, and in this case, distortion may occur in the synthesized signal.
이러한 이유로 VCO(145)의 기준주파수신호의 안정화를 위하여, TCXO(TCXO는 탑레이어에 실장되는 RF집적모듈에 포함되지 않음)와 PLL(144, 146)이 구비되는데, PLL(144, 146)은 VCO(145)로부터 제공되는 기준주파수신호를 검출하여 TCXO에서 제공되는 발진주파수신호와 비교하고 주파수 차이에 대응되는 제어신호를 생성하여 VCO(145)로 출력한다.For this reason, in order to stabilize the reference frequency signal of the
상기 제1PLL(144)은 제1믹서(142)를 위하여 위상동기 동작을 수행하고, 제2PLL(146)은 제2믹서(147)를 위하여 위상동기 동작을 수행한다.The
따라서, 상기 기준주파수신호가 유동되는 경우 제1PLL(144) 및 제2PLL(146)이 이를 검출하여 제어신호를 생성/전달하므로 VCO(145)는 제어신호에 따라 안정적인 기준주파수의 출력을 유지할 수 있다.Therefore, when the reference frequency signal flows, the
상기 복조부(Demodulator)(143)는 중간주파신호를 복조하여 베이스밴드부(베이스밴드부 역시 RF집적모듈 외부에 위치되어 트랜시버모듈(140)과 연결됨)에서 처리가능한 디지털신호로 변환하고, 상기 변조부(148)는 베이스밴드부에서 처리된 디지털신호를 중간주파신호로 변조한다.The
상기 복조부(143) 및 변조부(148)는 아날로그/디지털 신호 변환기, FFT(Fast Fourier Transform)회로, 저대역통과필터(LPF: Low Pass Filter), 에러 교정 회로 등을 포함하여 이루어질 수 있다.The
상기 전력검출회로(149)는 HDET(Hyper DETector)와 같은 소자로 구비될 수 있으며, 송신 신호의 전력량(제2믹서 상의 전력량)을 주기적으로 검출하여 변조부(148)로 전달한다.The
따라서, 변조부(148)는 송신 전력량의 변화를 연산할 수 있으며, 기설정된 전력 레벨 정보를 기준으로 하여 송신 전력 레벨의 조정 여부를 판단한다.Accordingly, the
상기 변조부(148)은 판단결관에 따라 제어신호를 생성하고, 이를 전력검출회로(149)를 통하여 전력증폭모듈(130)로 전달한다. 상기 전력증폭모듈(130)은 제어신호에 따라 송신신호를 소정 수치로 증폭시킨다.The
이와 같이, 상기 RF처리모듈(110), 전력증폭모듈(130), 저잡음증폭모듈(120) 및 트랜시버모듈(140)은, 종래와 같이 개별소자칩 상태에서 기판에 실장되는 구조와는 상이하게 일련의 회로를 이루어 모듈화되고 몰딩됨으로써 단일 패키지칩으로 구현될 수 있다.As described above, the
이하, 상기 격리모듈(150)에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the
상기 격리모듈(150)은 금속 재질의 라인형 격벽 구조를 이루거나 단위 블록이 라인형으로 배열되어 격벽 구조를 이룰 수 있는데, 이때 그 높이는 저잡음증폭모듈(120)과 전력증폭모듈(130)보다 높게 형성되는 것이 바람직하다.The
그리고, 상기 격리모듈(150)은 도 3에 도시된 것처럼, 전력증폭모듈(130) 및 상기 저잡음증폭모듈(120)의 실장 구조에 따라 수차 굴곡되는 라인형 구조를 이룬다.In addition, as shown in FIG. 3, the
본 발명의 실시예에서, 상기 격리모듈(150)은 단위 블록이 배열된 격벽 구조인 것으로 한다.In an embodiment of the present invention, the
일반적으로 표면실장(SMT: Surface Mounting Technology) 공정은 기판 로더, 스크린 프린터, 칩마운터(pick & placer), 리플로우/솔더, 클리너 등의 장치들을 구비하여 지그에 고정된 기판 상에 각종 전자 소자들을 표면 실장한다.In general, the surface mounting technology (SMT) process includes devices such as a substrate loader, a screen printer, a pick & placer, a reflow / solder, a cleaner, and the like. Surface mount.
상기 격리모듈(150)은 다수개의 메탈 블록으로 이루어질 수 있으며, 메탈 블 록은 표면 실장 공정에 의하여 형성될 수 있다.The
상기 메탈 블록은 전력증폭모듈(130)과 저잡음증폭모듈(120) 사이의 전파 간섭 및 열적 간섭을 억제하기 위하여, 금속성 재질로 제작되며, 예를 들어 세라믹 몸체에 구리와 같은 전도성물질이 전해 도금되고, 자화율이 높은 니켈이 전해 도금된 후 SMT(Surface Mounting Technology) 단자 도금되어 제작될 수 있다.The metal block is made of a metallic material in order to suppress radio wave interference and thermal interference between the
이때, 메탈 블록은 간섭 억제 효과를 최대화하고, 공정상의 간격 배치 문제를 고려하여 전자부품들의 전자 규격을 기준으로 크기가 조정되는 것이 바람직하다.In this case, the metal block is preferably sized based on the electronic specifications of the electronic components in consideration of the gap arrangement problem in the process to maximize the interference suppression effect.
예를 들면, 메탈 블록은 칩사이즈 규격에 따라 "0.6/0.3(단위: mm)" 또는 "0.4/0.2(단위: mm)" 등으로 제작될 수 있을 것이다.For example, the metal block may be manufactured as "0.6 / 0.3 (unit: mm)" or "0.4 / 0.2 (unit: mm)" according to the chip size standard.
따라서, 종래의 기술에서 약 2mm 정도의 기구적 분리 공간이 필요했던 반면, 본 발명에 의한 메탈 블록을 이용하면 최소 0.2mm 내지 최대 0.6mm의 공간으로 격리 모듈을 형성할 수 있으며, 단일 패키지화된 기판 사이즈를 더욱 축소시킬 수 있게 된다.Therefore, while the mechanical separation space of about 2 mm was required in the related art, the isolation module can be formed with a space of at least 0.2 mm and up to 0.6 mm by using the metal block according to the present invention, and a single packaged substrate is provided. The size can be further reduced.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 이루는 제2기판층(B)의 형태를 개략적으로 도시한 상면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 이루는 제3기판층(C)의 형태를 개략적으로 도시한 상면도이다.4 is a top view schematically showing the shape of the second substrate layer B constituting the one-chip RF integrated
도 4 및 도 5에 도시된 제2기판층(B) 및 제3기판층(C)은 유전체층에 동박층이 적층되고, 동박층의 일부가 식각되어 전송로 패턴(C2, B3)이 형성되며, 전송로 패턴(C2, B3) 이외의 영역에는 그라운드 패턴(C1, B1)이 형성된다.4 and 5, the second substrate layer B and the third substrate layer C are formed by stacking a copper foil layer on a dielectric layer and etching part of the copper foil layer to form transmission path patterns C2 and B3. The ground patterns C1 and B1 are formed in regions other than the transmission path patterns C2 and B3.
또한, 상하측의 다른 기판층과 전기적으로 연결되기 위하여 비아홀(C3, B2)이 형성된다.In addition, via holes C3 and B2 are formed to be electrically connected to other substrate layers on the upper and lower sides.
이때, 기판층을 위로부터 수직하게 투영하였을 경우, 제2기판층(B)에 형성되는 전송로 패턴(B3) 및 이에 대응되는 제3기판층(C)의 전송로 패턴(C2)은 평행하게 겹치지 않도록 배치된다.In this case, when the substrate layer is vertically projected from above, the transmission path pattern B3 formed on the second substrate layer B and the transmission path pattern C2 of the third substrate layer C corresponding thereto are parallel to each other. It is arranged so that it does not overlap.
이는, 제2기판층(B)의 전송로 패턴(B3) 및 제3기판층(C)의 전송로 패턴(C2)이 평행하게 겹쳐지는 경우 전달되는 신호 사이에 간섭 현상이 발생될 수 있고 이는 신호의 왜곡을 초래하기 때문이다.This is because when the transmission line pattern B3 of the second substrate layer B and the transmission line pattern C2 of the third substrate layer C overlap in parallel, an interference phenomenon may occur between the transmitted signals. This is because it causes distortion of the signal.
즉, 제2기판층(B)의 전송로 패턴(B3)과 제3기판층(C)의 전송로 패턴(C2)은 겹쳐지는 부분이 최소한이 되도록 최대한 수직하게 배치설계되는 것이다.That is, the transmission path pattern B3 of the second substrate layer B and the transmission path pattern C2 of the third substrate layer C are arranged as vertically as possible so as to minimize the overlapping portion.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 이루는 제4기판층(D)의 형태를 개략적으로 도시한 상면도이다.6 is a top view schematically illustrating a shape of a fourth substrate layer D constituting the one-chip RF integrated
도 6에 도시된 제4기판층(D)은 그라운드 패턴(D1) 및 BGA(Ball Grid Array) 패턴(D2)이 형성되는데, BGA 패턴(D2)을 통하여 단자핀이 칩패키지의 아랫면으로 형성될 수 있고, 종래의 와이어 본딩 방식을 탈피하여 다른 외부 기판에 플립칩 범핑 방식으로 실장될 수 있다. 이렇게 BGA 패턴(D2)을 통하여 본 발명에 의한 RF집적모듈(100)의 기판 사이즈는 한층 더 축소될 수 있다.In the fourth substrate layer D illustrated in FIG. 6, a ground pattern D1 and a ball grid array (BGA) pattern D2 are formed, and terminal pins are formed on the bottom surface of the chip package through the BGA pattern D2. In addition to the conventional wire bonding method, it may be mounted on another external substrate by flip chip bumping. Thus, through the BGA pattern (D2) the substrate size of the RF
상기 BGA 패턴(D2)은 비아홀들을 통하여 제3기판층(C), 제2기판층(B) 및 제1기판층(A)과 전기적으로 연결된다.The BGA pattern D2 is electrically connected to the third substrate layer C, the second substrate layer B, and the first substrate layer A through via holes.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)이 다른 기판 상에 플립칩 본딩되는 형태를 예시적으로 도시한 사시도이다.FIG. 7 is a perspective view exemplarily illustrating a form in which the one-chip RF integrated
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈(100)이 다른 외부 기판, 가령 이동통신단말기의 메인 기판에 플립칩 본딩되는 형태가 도시되어 있는데, 상기 제4기판층(D)의 BGA패턴(D2)은 플립칩 본딩 기계를 통하여 범핑 처리된다.Referring to FIG. 7, the one-chip RF integrated
여기서, 범핑(Bumping)이란 반도체 웨이퍼 상의 알루미늄 패드 상에 금과 같은 금속 부재 또는 솔더 부재 등의 소재로 수십 μm 크기에서 수백 μm 크기의 외부접속단자(참고로, 외부접속단자는 "돌기형태"를 가지므로 흔히 "범퍼"라 불리운다)(D3)를 형성하는 공정을 의미한다.Here, bumping is a material such as a metal member or solder member such as gold on an aluminum pad on a semiconductor wafer. Refers to the process of forming (D3)).
이렇게 본 발명에 의하면, 첫째, 각 구성부가 개별소자로 실장되지 않고 단일 기판 상에서 일련의 회로를 이루어 단일 패키지로 구성되는 점, 둘째, 각 기판층에 형성되는 패턴이 겹쳐지는 영역을 최소화하여 배치설계함으로써 다수개의 그라운드 기판층을 제거한 점, 셋째, 제4기판층에 BGA 패턴을 형성하고 플립칩 범핑 방식으로 실장함으로써 SMT 패턴, 본딩 패턴 등을 제거한 점 등으로 인하여, 원칩형 RF집적모듈(100)의 사이즈를 최소화할 수 있게 된다.Thus, according to the present invention, first, each component is formed as a single package by forming a series of circuits on a single substrate rather than being mounted as individual elements, and second, layout design by minimizing the overlapping area of the pattern formed on each substrate layer By removing a plurality of ground substrate layers, and thirdly, forming a BGA pattern on the fourth substrate layer and mounting the flip chip bumping method, thereby removing the SMT pattern, the bonding pattern, and the like. The size of can be minimized.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, these are only examples and are not intended to limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may have an abnormality within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications are not illustrated. For example, each component specifically shown in the embodiment of the present invention can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈에 의하면, 다수개의 회로소자들을 단일 패키지 소자로 구현하여 기판 상의 실장 영역을 최소화할 수 있으므로 다른 외부 모듈들의 배치 설계에 자유도가 확보되고, 소자의 실장 공정이 감소되어 불량 감소 및 생산력이 증대되는 효과가 있다.According to the one-chip RF integrated module according to the present invention, since a plurality of circuit elements can be implemented as a single package device, the mounting area on the substrate can be minimized, thereby allowing freedom in layout design of other external modules and reducing the device mounting process. As a result, there is an effect of reducing defects and increasing productivity.
또한, 본 발명에 의하면, RF통신모듈을 집적화함에 있어서, 회로소자간 격벽구조를 도입하고 패턴 구조를 개선함으로써 신호 간섭 현상을 억제하고, 최소 개수의 기판층으로 집적모듈을 구현할 수 있으므로 생산 비용을 절감할 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, in the integration of the RF communication module, by introducing a barrier rib structure between circuit elements and improving the pattern structure, the signal interference phenomenon can be suppressed, and the integrated module can be implemented with a minimum number of substrate layers, thereby reducing the production cost. You can save.
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KR1020060079633A KR100784056B1 (en) | 2006-08-23 | 2006-08-23 | Radio frequency accumulated module of one chip type |
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KR101024053B1 (en) | 2007-12-05 | 2011-03-22 | 브로드콤 코포레이션 | Method and system for multi-radio coexistence and a collaborative interface |
Citations (1)
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JP2003101432A (en) | 2001-09-21 | 2003-04-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Wireless communication module and wireless communication equipment |
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2006
- 2006-08-23 KR KR1020060079633A patent/KR100784056B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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